DE10019023A1

DE10019023A1 - Self-direction regulating radio system for ships, adjusts directional beam antenna depending on movement of ship, automatically

Info

Publication number: DE10019023A1
Application number: DE10019023A
Authority: DE
Inventors: Oliver Lass
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2001-10-25

Abstract

A control device is provided for adjusting directional beam antenna (11), depending on the movement of the ship (12), as determined by a sensor. The antenna is moved such that it is always aligned towards the target. Modular step tote

Description

Die Erfindung betrifft ein selbststeuerndes Richtfunksystem für Schiffe, insbesondere für die Übertragung von Daten und anderen Informationen von Schiff zu Schiff.The invention relates to a self-regulating radio relay system for Ships, in particular for the transmission of data and others Ship to ship information.

Richtfunkstrecken haben den Vorteil einer großen Richtungsselektvität, wobei ein scharf gebündelter Richtfunkstrahl von der sendenden zur empfangenden Antenne geschickt wird. Um eine solche Richtfunkverbindung anzuzapfen, muß ein Empfänger oder ein anderes Ableitungsorgan in den Richtfunkstrahl eingebracht werden, was relativ schwierig ist.Radio links have the advantage of a large one Directional selectivity, being a sharply focused Directional radio beam from the transmitting to the receiving antenna is sent. To tap into such a radio link, a recipient or other derivative body must enter the Directional radio beam can be introduced, which is relatively difficult.

Bei der Datenübertragung zwischen Schiffen ist die Verwendung scharf gebündelter und daher richtungsselektiver Strahlen nicht möglich, weil beide Schiffe die Stationen einer Richtfunkstrecke bilden, sich fahrend bewegen und darüber hinaus den Wellenbewegungen ausgesetzt sind. Aufgrund dieser Bewegungen besteht ständig die Gefahr eines Abrisses der Richtfunkverbindung. The use is in data transmission between ships not sharply focused and therefore directionally selective rays possible because both ships are the stations of one Form radio relay link, move while driving and over it are also exposed to the wave movements. Based on these There is a constant risk of tearing off the movements Directional radio link.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbststeuerndes Richtfunksystem für Schiffe zu schaffen, das eine hochrichtungsselektive Richtverbindung aufbauen und aufrechterhalten kann.The invention has for its object a self-controlling Radio relay system for ships to create one Establish a highly directional directional connection and can maintain.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach ist ein Steuergerät vorgesehen, das die Richtantenne bewegt und seinerseits auf Schiffsbewegungen anspricht. In Abhängigkeit von den Schiffsbewegungen wird die Richtantenne auf das Ziel ausgerichtet gehalten. Das Steuergerät kompensiert also die durch Seegang und Wellenbewegungen hervorgerufenen Schiffsbewegungen. Dabei können entsprechende Sensoren getrennt für Gier- und Rollbewegungen sowie Nickbewegungen vorgesehen sein. Die Schiffsbewegungen können beispielsweise entlang von sechs Achsen getrennt ermittelt werden. Ein Rechner berechnet dann die Auswirkungen der Schiffsbewegungen auf die Position und Ausrichtung der Richtantenne und das Steuergerät steuert durch Betätigung entsprechender Antriebseinrichtungen die Richtantenne so, dass sie auf das Ziel ausgerichtet bleibt. Das Ziel kann ein Sender, ein Empfänger oder beides sein. Vorzugsweise ist das Ziel eine Richtantenne gleichen Typs, so dass beide Richtantennen bidirektional miteinander kommunizieren können. Jede der Richtantennen eines Paares wird auf die andere Richtantenne ausgerichtet und jede Richtantenne gleicht die Schwankungen ihres eigenen Schiffes aus. Dabei erfolgt eine zusätzliche Nachführung entsprechend etwaiger Fahrbewegungen der Schiffe.This object is achieved with the im Claim 1 specified features. After that is a Control device provided that moves the directional antenna and in turn responds to ship movements. Dependent on from the ship's movements the directional antenna is directed to the target kept aligned. The control unit thus compensates for that caused by swell and waves Ship movements. Appropriate sensors can be separated intended for yaw and roll movements as well as pitching movements his. The ship movements can, for example, along six axes can be determined separately. A calculator calculates then the impact of ship movements on position and alignment of the directional antenna and the control unit controls by operating appropriate drive devices Directional antenna so that it remains aligned with the target. The The destination can be a sender, a receiver or both. The target is preferably a directional antenna of the same type that both directional antennas bidirectionally with each other to be able to communicate. Each of a pair's directional antennas will aligned with the other directional antenna and each directional antenna balances the fluctuations of your own ship. there there is an additional tracking accordingly Movement of the ships.

Zum Einpeilen der Richtfunkverbindung kann die Richtantenne eine Maser-Strahlenquelle aufweisen. Eine Maser-Strahlenquelle sendet ein definiertes Strahlenbündel im GHz-Bereich aus. The directional antenna can be used to locate the directional radio link have a maser radiation source. A burl source of radiation transmits a defined beam in the GHz range.

Dieses Strahlenbündel aus elektromagnetischer Strahlung wird (wie bei einem Laser) durch einen Hohlraumresonator erzeugt und als kohärentes Signal ausgegeben. Die Richtfunkantenne sendet das Maser-Strahlenbündel mit hoher Parallelität aus. Wenn am Ziel der Empfang dieses Strahlenbündels erkannt, wird, sind beide Antennen exakt zueinander ausgerichtet. Dann kann mit Hilfe von Radarstrahlen, die von denselben Richtantennen ausgesandt werden, die Informationsübertragung erfolgen. Radarstrahlen, die im Mikrowellenbereich liegen, haben ebenfalls eine starke Bündelung, jedoch ist die Strahlkonzentration nicht so ausgeprägt wie bei Maser- Strahlung. Daher eignet sich Maser-Strahlung zum Einpeilen, während Radarstrahlung für die Übertragung und Aufrechterhaltung eines Informationsflusses auch bei in der Ausrichtung schwankendem Sender geeignet ist. Es ist aber auch möglich, den Maser für die Informationsübertragung zu benutzen.This beam of electromagnetic radiation (as with a laser) generated by a cavity resonator and output as a coherent signal. The directional radio antenna transmits the burl beam with high parallelism. If on The aim of receiving this beam is recognized, are both antennas aligned exactly to each other. Then can with Using radar beams from the same directional antennas be sent out, the information transfer. Radar rays that are in the microwave range also a strong bundling, but that is Beam concentration not as pronounced as with burl Radiation. Therefore, maser radiation is suitable for sighting, while for transmission and radar radiation Maintaining an information flow even in the Alignment swaying transmitter is suitable. It is also possible to use the burl for information transfer.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuergerät Positionssignale und/oder Nachführsignale von einem GPS-Empfänger empfängt. Ein GPS-Empfänger (Global Positioning System) ist imstande, den jeweiligen Aufenthaltsort mit hoher Genauigkeit festzustellen. Anhand dieses Ortes und ggf. der Fahrgeschwindigkeit und -richtung des Schiffes kann die Nachführung der Richtantenne erfolgen. Außerdem kann das Positionssignal der jeweils anderen Station der Richtfunkstrecke mitgeteilt werden, so dass deren Richtantenne anhand der Position beider Stationen ausgerichtet werden kann. Die Mitteilung der Position und anderer Daten kann über eine separate Funkverbindung erfolgen, die parallel zu der Richtfunkverbindung eingerichtet ist und beispielsweise mit UKW-Wellen arbeitet. According to a preferred embodiment of the invention provided that the control device position signals and / or Receives tracking signals from a GPS receiver. On GPS receiver (Global Positioning System) is able to determine each location with high accuracy. Based on this location and possibly the driving speed and - Direction of the ship can adjust the directional antenna respectively. In addition, the position signal of each other Station of the radio link are communicated, so that Directional antenna aligned based on the position of both stations can be. The notification of the position and other data can via a separate radio link that runs parallel to the Directional radio connection is established and for example with FM waves works.

Das erfindungsgemäße Richtfunksystem ist imstande, über sehr große Entfernungen mit hoher Richtungsselektivität zu arbeiten. Die Reichweite von Radarstrahlung reicht bis etwa 60 Seemeilen. Mit einer Kette von Schiffen, die jeweils zwei Richtantennen aufweisen, kann eine sehr weitreichende Richtfunkstrecke aufgebaut werden. Der besondere Vorteil solcher Richtfunkstrecken besteht darin, dass sie extrem sicher gegen Abhören bzw. Anzapfen sind, weil ihre Streckenführung sich ständig verändern kann und die Strahlung aus stark gebündelten Strahlen begrenzter Reichweite besteht.The directional radio system according to the invention is capable of very much to work long distances with high directional selectivity. The range of radar radiation extends to about 60 nautical miles. With a chain of ships, each two directional antennas can have a very long-range directional radio link being constructed. The particular advantage of such Microwave links is that they are extremely secure against Eavesdropping or tapping are because their routing is different can constantly change and the radiation from highly focused Rays of limited range.

Das Steuergerät kann eine Datei enthalten, in der Daten über mögliche Kommunikationspartner gespeichert sind, wobei diese Daten bei der Herstellung und/oder Aufrechterhaltung der Richtfunkverbindung verwertet werden. Solche Daten sind beispielsweise der Aufbau von Schiffen, auf denen sich die jeweils andere Richtfunkstation befindet, die Position der Richtantenne auf dem Schiff, die maximale Fahrgeschwindigkeit u. dgl.The control unit can contain a file in which data about possible communication partners are stored, these Data in the manufacture and / or maintenance of the Directional radio link can be used. Such data are for example the construction of ships on which the the other directional radio station is located, the position of the Directional antenna on the ship, the maximum cruising speed u. the like

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.The following is a reference to the drawings preferred embodiment of the invention explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des selbststeuernden Richtfunksystems, Fig. 1 is a schematic representation of the self-controlled radio system,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuerung der Richtantenne und Fig. 2 is a block diagram of the control of the directional antenna and

Fig. 3 die Sende- und Empfangscharakteristik einer Richtantenne für Maser-Strahlen und für Radar-Strahlen. Fig. 3 shows the transmission and reception characteristics of a directional antenna for maser beams and for radar beams.

Das in Fig. 1 dargestellte Richtfunksystem weist Richtfunkstationen 10 auf, die jeweils auf einem Schiff 12 installiert sind. Zu jeder Richtfunkstation 10 gehört eine Richtantenne 11 bzw. 11a, bei der es sich vorzugsweise um eine Radarantenne mit einem Parabolreflektor handelt. Die Richtantenne 11 ist an einer Halterung befestigt und sie kann über (nicht dargestellte) Antriebsvorrichtungen um verschiedene Achsen verschwenkt bzw. entlang verschiedener Achsen verschoben werden. Dadurch kann die Hauptstrahlungsrichtung der Richtantenne gesteuert verändert werden. Zur Steuerung der Richtantenne 11 dient ein Steuergerät 21, das aus verschiedenen zugeführten Informationen die Stellgrößen für die Richtantenne berechnet. Das Steuergerät 21 ist an ein Trägheitssystem INS (Inertial System) 13 und einen GPS-Empfänger 14 angeschlossen. Diese Geräte 13 und 14 versorgen das Steuergerät 21 mit den erforderlichen Informationen. Weitere Informationen erhält das Steuergerät 21 über eine zusätzliche Antenne 15, bei der es sich beispielsweise um eine UKW-Antenne handelt. Die einzelnen Stationen 10 sind jeweils mit einer Antenne 15 ausgestattet, die Bestandteil einer parallel zur Richtfunkverbindung bestehenden ungerichteten Funkverbindung sind. Über die Antennen 15 werden Informationen übertragen, wie beispielsweise die. Position der jeweils anderen Station 10, die das "Ziel" darstellt.The directional radio system shown in FIG. 1 has directional radio stations 10 , which are each installed on a ship 12 . Each directional radio station 10 includes a directional antenna 11 or 11 a, which is preferably a radar antenna with a parabolic reflector. The directional antenna 11 is fastened to a holder and it can be pivoted about different axes or moved along different axes via drive devices (not shown). As a result, the main radiation direction of the directional antenna can be changed in a controlled manner. A control device 21 is used to control the directional antenna 11 , which calculates the manipulated variables for the directional antenna from various supplied information. The control unit 21 is connected to an inertial system INS (inertial system) 13 and a GPS receiver 14 . These devices 13 and 14 supply the control device 21 with the required information. The control unit 21 receives further information via an additional antenna 15 , which is, for example, an FM antenna. The individual stations 10 are each equipped with an antenna 15 , which are part of an undirectional radio connection that exists parallel to the directional radio connection. Information such as that is transmitted via the antennas 15 . Position of the other station 10 , which represents the "target".

Aufgrund der ihm zugeführten Informationen bewirkt das Steuergerät 21 über die nicht dargestellten Antriebsvorrichtungen eine Nachstellung der Richtantenne 11, so dass diese auf die Richtantenne 11a des Ziels gerichtet wird oder gerichtet bleibt. Due to the information supplied to it causes the controller 21 via the unillustrated driving devices, an adjustment of the directional antenna 11, so that it is directed to the directional antenna 11 a of the target or directed remains.

Die Richtantenne 11 enthält im vorliegenden Fall einen parabolförmigen Reflektor 16 und zwei in dem Fokus des Reflektors angeordnete Transceiver 17, 18. Der Transceiver 17 ist für das Senden und Empfangen von Maser-Strahlen ausgebildet und der Transceiver 18 für das Senden und Empfangen von Radarstrahlung. Die von dem Transceiver 17 ausgesandte Strahlung wird divergierend auf den Reflektor 16 gesandt und von diesem in ein paralleles Maser-Strahlenbündel 19 umgewandelt. Das Strahlenbündel 19 dient als Peilstrahlung zum Anpeilen der im Ziel befindlichen Richtantenne 11a. Sobald diese Richtantenne das Strahlenbündel 19 empfängt, wird dies angezeigt und der sendenden Station übermittelt. Grundsätzlich kann das Maser-Strahlenbündel 19 auch für eine Informationsübertragung benutzt werden. Dabei würde jedoch die Gefahr bestehen, dass wegen der geringen Bündelbreite das Ziel aus dem Bündel entgleitet. Daher wird zweckmäßigerweise ein mehr aufgeweitetes Strahlenbündel 20 für die Informationsübertragung benutzt, das von dem Transceiver 18 für Radarstrahlung und von dem Reflektor 16 erzeugt wird. Eine Informationsübertragung ist so lange möglich, wie das ausgesandte Strahlenbündel 20 mindestens etwa ein Viertel der Fläche der empfangenden Richtantenne 11a bedeckt.In the present case, the directional antenna 11 contains a parabolic reflector 16 and two transceivers 17 , 18 arranged in the focus of the reflector. The transceiver 17 is designed for the transmission and reception of maser beams and the transceiver 18 for the transmission and reception of radar radiation. The radiation emitted by the transceiver 17 is sent to the reflector 16 in a divergent manner and is converted by the latter into a parallel maser beam 19 . The beam 19 serves as a direction-finding beam for aiming at the directional antenna 11 a located in the target. As soon as this directional antenna receives the beam 19 , this is displayed and transmitted to the transmitting station. Basically, the burl beam 19 can also be used for information transmission. However, there would be a risk that the target would slip out of the bundle due to the small bundle width. It is therefore expedient to use a more widened beam 20 for the information transmission, which is generated by the transceiver 18 for radar radiation and by the reflector 16 . An information transmission is possible as long as the emitted beam 20 covers at least about a quarter of the area of the receiving directional antenna 11 a.

Der Informationsfluß kann zwischen beiden Stationen 10, die auf unterschiedlichen Schiffen angeordnet sind, bidirektional erfolgen. Das Schiff 12 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit zwei Stationen 10 versehen. Es handelt sich um eine Art Relaisstation, die die empfangenen Informationen unverändert oder in modifizierter Form weiterleitet.The information flow can take place bidirectionally between the two stations 10 , which are arranged on different ships. The ship 12 is provided with two stations 10 in the illustrated embodiment. It is a kind of relay station that forwards the received information unchanged or in a modified form.

Claims

1. Selbststeuerndes Richtfunksystem für Schiffe, mit mindestens einer auf einem Schiff (12) montierbaren Richtantenne (11), die auf ein Ziel ausrichtbar ist, und einem die Richtantenne (11) bewegenden Steuergerät (21), das die Richtantenne in Abhängigkeit von über ein Sensorsystem ermittelten Bewegungen des Schiffes (12) derart nachstellt, dass die Richtantenne (11) ihre Ausrichtung auf das Ziel beibehält.1. Self-regulating directional radio system for ships, with at least one directional antenna ( 11 ) which can be mounted on a ship ( 12 ) and which can be aligned with a target, and a control unit ( 21 ) which moves the directional antenna ( 11 ) and which controls the directional antenna as a function of over one Sensor system determines movements of the ship ( 12 ) in such a way that the directional antenna ( 11 ) maintains its alignment with the target.

2. Richtfunksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtantenne (11) eine Maser-Strahlenquelle zum Einpeilen der Antennenausrichtung aufweist.2. Directional radio system according to claim 1, characterized in that the directional antenna ( 11 ) has a maser radiation source for locating the antenna alignment.

3. Richtfunksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtantenne (11) als Radarantenne ausgebildet ist.3. microwave system according to claim 1 or 2, characterized in that the directional antenna ( 11 ) is designed as a radar antenna.

4. Richtfunksystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (21) Positionssignale und/oder Nachführsignale von einem GPS-Empfänger (19) empfängt.4. Directional radio system according to one of claims 1-3, characterized in that the control device ( 21 ) receives position signals and / or tracking signals from a GPS receiver ( 19 ).

5. Richtfunksystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (21) eine Datei enthält, in der Daten über mögliche Kommunikationspartner gespeichert sind, wobei diese Daten bei der Herstellung und/oder Aufrechterhaltung der Richtfunkverbindung verwertet werden.5. Directional radio system according to one of claims 1-4, characterized in that the control device ( 21 ) contains a file in which data about possible communication partners are stored, these data being used in the establishment and / or maintenance of the directional radio link.

6. Richtfunksystem nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einem Schiff (12) zwei Richtantennen angeordnet sind, um mit einer der Richtantennen Signale zu empfangen und mit der anderen diese Signale - ggf. nach Verarbeitung - auszusenden, wobei jede der Richtfunkantennen ein eigenes Steuergerät (21) aufweist.6. Directional radio system according to one of claims 1-5, characterized in that on at least one ship ( 12 ) two directional antennas are arranged in order to receive signals with one of the directional antennas and to transmit these signals with the other, if necessary after processing, wherein each of the directional radio antennas has its own control unit ( 21 ).

7. Richtfunksystem nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der Richtfunkverbindung eine im wesentlichen ungerichtete Funkverbindung besteht.7. microwave system according to one of claims 1-6, characterized characterized that parallel to the microwave link there is an essentially undirected radio connection.